基于动力学模型的工业机器人导纳控制研究

提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.     

基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析

为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性，利用向量代数方法，对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析；根据有限元形函数理论，建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法；在几何运动学分析的基础上，基于力矩平衡原理，分别进行正向与逆向动力学分析；利用线性变换原理并结合传递矩阵法，建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型，并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型，进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明，所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。     

基于旋量的机器人双轴孑L装配接触分析

利用旋量法对机器人装配过程的点接触、面接触的力约束进行理论分析．以双轴孔装配为例,分析了接触状态,计算了接触力,从而确定装配策略．旋量法比常规的几何方法简洁．该方法为今后研究复杂件的自动装配提供一定的理论基础．     

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

重载工业夹持器约束建模与承载能力分析

针对重型工件的抓取操作问题,采用机器人抓取理论建立工件-夹持器系统的抓取模型,分析抓取模型求解中存在的静不定问题;基于准刚体模型,建立工件微分运动与接触变形之间的映射关系;分析夹持器在不同驱动形式和夹持过程中的约束特点,建立夹持器驱动关节和被动关节的力约束方程;引入关节刚度和接触刚度,建立工件-夹持器系统能量模型;采用拉格朗日乘子法建立静不定抓取力分析求解模型,给出了具有运动形式简单、约束复杂特点的一类夹持器的承载能力分析方法.以80t锻造操作机夹持器为实例进行了承载能力分析,仿真结果与实验结果相符合,验证了抓取力分析模型的正确性.     

改进型管道清灰机器人撑开机构动力学分析及仿真

以改进型管道清灰机器人为研究对象,建立机器人行走装置撑开机构简图.利用动态仿真的联立约束法,将运动约束和牛顿-欧拉方程组成一组联立线性方程组,求解得到各关节的约束反力、加速度和速度.利用Matlab编制计算程序,基于Simulink建立仿真模型,对管道机器人撑开机构动力学进行动态仿真,仿真结果表明:机器人撑开机构滑块速度方向改变时,机构各杆件受力达到最大,且杆件3受力最大.     

建筑幕墙安装机器人的位置/力混合控制方法

针对建筑领域幕墙安装过程中所面临的幕墙质量变化、接触环境改变以及机器人动力学参数漂移等问题,提出了基于阻抗模型和自适应补偿的机器人位置/力混合控制方法。分析了幕墙受力,建立了幕墙与环境之间的接触力模型,获得了机器人-幕墙-接触环境的综合动力学方程;为解决幕墙与环境接触时的力控制问题,在设计控制器时建立了幕墙位置与接触力之间的阻抗关系,同时通过李雅普诺夫稳定性理论构造了自适应控制器来补偿未知不确定项,使幕墙轨迹跟踪阻抗外环生成的参考轨迹。对不同任务时的幕墙安装过程进行多组仿真实验,结果表明:所提方法均能实现高精度的幕墙位置跟踪,误差精度小于0.2 mm,同时可以使幕墙与环境之间有稳定的接触力,并具有一定的鲁棒性。     

基于互补问题描述单边接触的空间机器人动力学建模与数值仿真

针对弹簧-阻尼(spring-damp, SD)并联模型描述机器人接触作业时需要耗时调节刚度、阻尼系数, 并在接触末端额外安装力传感器等缺陷, 基于互补问题, 描述空间机械臂末端与目标的单边接触, 推导具有紧凑数学形式的空间机器人接触动力学模型。采用 Lemke 算法设计动力学模型的数值计算方法, 并通过数学仿真验证动力学模型的有效性。     

受限柔性机器人力／位置控制装置,建模与辨识

介绍作者研制的受限柔性机器人力／位置控制装置并讨论了此装置的动力学建模,经推导得到了受限柔性机器人的动力学模型,该模型同一般刚性机器人的模型相似且模型结构简明．最后用实验等方法辨识了模型的相关参数,对深入研究受限柔性机器人力／位置控制的理论与实验仿真有极大的参考价值．     

基于ABAQUS的桩土共同作用的数值模拟

运用ABAQUS软件对桩土结合模型进行了数值仿真．利用ABAQUS中的主-从接触算法,在桩身与土体之间建立接触对,对桩身采用弹性模型,土体采用扩展的Drucker—Prager模型进行模拟,并考虑初始地应力的影响．通过计算得到竖向载荷作用下桩的轴力分布曲线和沉降曲线．在算例中模拟了江苏某大桥N1号试桩,结果与现场实测值相近．     

超声激励下超声刀微裂纹发热的有限元分析

超声手术刀具的疲劳问题突出。采用有限元法,对工作中的超声钛合金手术刀具表面的微裂纹进行动力学仿真,分析了缺陷处的动接触和发热问题。基于罚函数和界面本构摩擦模型,以平衡主控-从属接触算法和整体-局部接触搜索法为超声手术刀具建立瞬态动力学有限元模型。仿真结果定量地计算了裂纹附近瞬态温度场的分布,分析了裂纹两个面的相对动接触行为,解释了超声在裂纹处进行选择性加热的机理。     

"冲击矛"机器人在土中的有限元仿真模型

以“冲击矛”机器人样机研制为研究背景,针对“冲击矛”机器人在土中的三维实体面-面接触问题,运用Drucker-Prager屈服准则为判据,将土体视为DP材料,其塑性行为被假定为理想弹塑性,运用有限元分析手段,对“冲击矛”机器人在土中对土的作用加以研究,通过土体的应力、应变来求出机器人在土中的受力情况;建立机器人在土中的有限元分析模型,并通过机器人在土中的实验来验证模型的正确性;同时,可为机器人设计优化和性能分析提供可靠的依据.     

KNT-ESR3机器人运动学建模与仿真研究

以KNT-ESR3机器人为研究对象,采用D-H参数法,利用Matlab机器人工具箱Robotics Toolbox建立机器人运动学模型,进行运动学分析与逆运动学求解,实现了机器人空间轨迹规划及其仿真.结果表明,计算与仿真验证了机器人运动学模型建立的正确性,依据该模型能够有效地生成运动轨迹并分析机器人各关节的运动参数,为开展该机器人的研发工作做了理论铺垫.     

大鼠角膜移植排斥动物模型的建立

目的　建立大鼠穿透性角膜移植排斥动物模型 ,总结模型制作中的并发症出现原因和相应对策 ,以及增加异体移植排斥率的注意事项。方法　采用远交系Wistar雌性大鼠和SD雌性大鼠建立穿透性角膜移植排斥模型。为了提高建立异体角膜移植排斥模型的成功率 ,在取供体角膜植片时靠近角膜缘取材 ,术后保留角膜缝线。结果　自体角膜移植组无排斥反应发生 ,异体角膜移植组角膜植片存活时间为 10 8d± 2 1d ,排斥率为 10 0 %。两组 6 8例模型术后并发症有虹膜前粘连 5只 ,虹膜脱出 5只 ,眼内出血 1只 ,白内障 3只和眼内感染 1只。结论　实验中采用的大鼠角膜移植模型 ,其临床表现与人类角膜移植排斥反应相似 ,排斥反应发生较早且排斥率高 ,适用于模拟人类角膜移植排斥现象进行深入的相关临床和基础研究。轻柔熟练的显微操作技术 ,锐利的手术器械 ,以及充分散大的瞳孔可以最大程度地减少术后并发症的发生。选择组织相容性抗原间差别大的品系、偏中心移植和术后保留缝线是增加移植排斥率的关键措施     

船舶撞击桥墩的非线性有限元数值仿真

基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS／LS—DYNA对一艘3000t油船撞击桥墩进行仿真计算．考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了船桥碰撞有限元模型．分析了碰撞过程中能量、速度、碰撞力的变化,并将碰撞力的大小与国内外规范进行了比较．结果表明：最大碰撞力的估算美国规范和沃辛计算值偏大,我国公路规范...     

基于AMESim和ADAMS联合仿真的核磁兼容机器人气动控制系统

针对核磁共振成像(MRI)导航手术机器人的研究,搭建了电磁比例阀气动控制系统,建立了系统的数学模型,并分别利用D-H(Denavit-Hartenberg)矩阵法和矢量法进行了运动学的正逆解分析.利用AMESim建立了PID控制下的气动控制系统模型,ADAMS建立了机器人动力学模型,发挥两者优势进行联合仿真,并结合搭建的手术机器人实验平台进行了针刺实验验证.仿真和实验结果均验证了系统理论模型的正确性和PID控制器的有效性.     

柔性多体系统接触碰撞动力学研究

用有限元方法对柔性系统的接触碰撞问题进行了数值仿真计算．以柔性杆与刚块纵向碰撞为例，建立了接触碰撞动力学模型，利用有限元方法建立了接触碰撞期间的动力学方程．通过对不同的参数进行大量的数值仿真，结果表明，有限元方法能够仿真在接触碰撞期间的柔性杆纵向振动的弹性波，碰撞力时间响应的数值解与解析解吻合较好．     

地铁车轮凹陷磨耗对踏面接触应力的影响

针对地铁列车运营后出现的车轮踏面滚动接触疲劳现象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑轮轨真实几何关系的三维弹塑性轮轨接触数值仿真模型,结合现场调查车轮磨耗结果和轮轨接触几何关系分析,计算分析车轮不同凹陷磨耗状态对踏面材料应力应变状态的影响。研究结果表明:车轮踏面主要凹陷磨耗区域为车轮踏面横向位置-30～50 mm处,轮轨接触几何关系呈强非线性特性,其轮轨接触点位置集中在车轮踏面横向位置20～32 mm或-32～-20 mm。车轮不同凹陷磨耗状态下的轮轨接触状态差异显著,在磨耗突变区(-30～-20 mm)轮轨接触斑呈狭长椭圆分布,导致相同载荷下轮轨接触应力较大。当轮对向外轨横移时,车轮凹陷磨耗接触区域材料易进入屈服状态,此时车轮踏面沿接触斑深度方向0～3.6 mm范围内Von-Mises等效应力最大,踏面表层材料等效塑性应变最大。车轮踏面出现凹陷磨耗后,车辆频繁地通过小半径曲线时易在磨耗突变区造成较高的等效应力和等效塑性应变,从而导致轮缘根部表面材料产生剥离损伤。     

基于旋量与包络理论的蛇形机器人安全攀爬

针对正交关节连接的蛇形机器人,文中提出了一种新的基于旋量与包络理论的螺旋攀爬运动研究方法.首先应用旋量理论对蛇形机器人进行运动学建模与求解,以降低传统D-H参数法建模的复杂性;然后基于包络思想分析蛇形机器人在攀爬运动过程中与圆柱杆的接触关系,提出了二值图像表示法来揭示机器人与圆柱杆的包络状态;最后基于弹性包络的分析结果,求得蛇形机器人的螺旋攀爬力,进而提出以安全攀爬力和攀爬系数为优化目标的控制参数优化模型.仿真结果表明,攀爬力与弹性包络状态间具有一致性,从而验证了文中提出的优化模型的正确性.     

模拟过载动感座椅机构的力控制

模拟过载动感座椅的运动终端为弹性环节。为提高座椅末端作用力的效果,以一台三自由模拟过载动感座椅为模型,研究了提高作用力响应效果的方法。通过建立末端动力学模型,实现了基于位置-速度-电流环控制的位置控制器以及力环控制器,并将动力学模型与控制器模型综合起来,分别建立了位置控制方式和力控制方式的系统模型,并进行了系统稳定性分析。仿真结果表明,力控制方式能够使末端作用力曲线变化平缓,超调量小。这种控制方法同样适用于其他的弹性接触机构。